柴油/CNG双燃料发动机技术解析

柴油/CNG双燃料发动机的燃料供给系统（见图13-8）是在原柴油机燃油系统之外增加了一套CNG供给装置而构成的。

由于天然气的自燃温度比柴油高一倍以上，不容易自燃，所以柴油/CNG发动机每一个工作循环均由喷油泵经喷油器向气缸内喷入少量柴油作为“引燃燃料”，待柴油着火燃烧后再将天然气点燃。CNG储存在车用气瓶12内，压力为20MPa，打开供气阀9，CNG沿管道进入预热器8，由发动机的循环冷却液对CNG加热。升温后的CNG进入高压减压器7，将压力降至0.10～0.95MPa。在高压减压器之后设有气体压力异常信号发生器5和安全阀6。当高压减压器失灵并造成管道内气体压力过高时，信号发生器将发出信号报警，同时安全阀开启放出部分天然气，以避免由于气体压力过高而损坏系统内的其他部件。如果因为密封失效，天然气外泄而引起管道内气体压力过低时，信号发生器也将发出信号报警，这时驾驶人应关闭供气阀，停止向发动机供气，检查管路，排除故障。CNG流经电磁阀4并进入低压减压器15，在其中经二级降压后压力降到0.1～0.15MPa。随后天然气经计量器17进入混合器18，并在其中与空气混合后进入气缸，在压缩行程结束之前被已经着火燃烧的柴油点燃。

图13-8 柴油/CNG双燃料发动机的燃料供给系统

1—柴油机 2—喷油泵 3—喷油泵供油量调节齿杆限位器 4—电磁阀 5—气体压力异常信号发生器 6—安全阀 7—高压减压器 8—预热器 9—供气阀 10—充气阀 11—总阀 12—车用气瓶 13—压力表 14—气体压力传感器 15—低压减压器 16—三通阀 17—计量器 18—混合器 19—联锁传感器 20—活动挡铁 21—曲轴转速传感器 A—来自空气滤清器 B—通向柴油机冷却系统

C—来自柴油机冷却系统 D—充气 E—通向堵塞显示器

当发动机按柴油/CNG双燃料工作时，作为引燃燃料的柴油，其每循环供油量较少且不随发动机工况变化。为此特设置喷油泵供油量调节齿杆限位器（见图13-9），用来限定喷油泵供油量调节齿杆的位置。支架2固定在喷油泵盖上。当电磁铁4通电时，电磁铁推动拉杆1，拉杆推动挡铁7，使喷油泵供油量调节齿杆保持在作为引燃燃料的供油量位置不动。若电磁铁失灵，则联锁传感器5将自动切断电磁铁4的电源电路，使电磁阀关闭停止供气。

图13-9 喷油泵供油量调节齿杆限位器

1—拉杆 2—支架 3—保护套 4—电磁铁 5—联锁传感器 6—挡铁轴 7—挡铁

电磁阀（见图13-10）的上部是电磁阀体，下部是滤清器。CNG在0.95～1.10MPa的压力下首先经过滤清器滤除其中的机械杂质，然后进入电磁阀，并经过带橡胶衬垫的平面阀通向低压减压器。

图13-10 电磁阀

计量器（见图13-11）是控制供给发动机天然气量的装置，实际上就是一个节流阀，由驾驶人直接操纵。节流阀开大，供气量增多，发动机的功率增加。通常计量器与限速器制成一体。限速器用来限制发动机的转速不使其超速。当发动机转速超过允许的转速时，混合器喉管处的真空度经三通阀传入限速器膜片的下方并吸引膜片向下弯曲，膜片带动膜片拉杆向下移动；同时，推动节流阀轴朝关闭节流阀的方向转动。由于节流阀关小，供气量减少，从而限制了发动机转速的升高。当发动机恢复正常转速之后，三通阀使限速器膜片下方与大气相通，膜片恢复到原来的位置，限速器不起作用。

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图13-11 计量器

图13-12 高压减压器

高压减压器如图13-12所示。进入高压减压器的天然气先经滤芯滤除其中的杂质，然后进入高压腔，再经过减压阀与减压器体之间的缝隙以及减压阀与减压阀座之间的通道进入工作压力腔，最后经减压器出口恒压输出。在此过程中，天然气由于在工作压力腔内膨胀而降压。在减压器内，作用于膜片上方的压力调节弹簧的弹簧力与作用在膜片下方的天然气压力和平衡弹簧的弹簧力保持相对平衡。当天然气输出量增多时，工作压力腔压力下降，上述平衡被破坏。这时膜片在压力调节弹簧的作用下向下弯曲，带动推杆下移，使减压阀开大，进入工作压力腔的天然气增多，工作压力腔的压力复原。

如果天然气的输出量减少，则情形相反，工作压力腔的压力将会升高，使膜片向上弯曲并带动推杆上移，减压阀关小，进入工作压力腔的天然气减少，工作压力腔内的压力降回到原来的大小。这样，减压器出口的天然气压力可以保持恒定。

减压器出口压力可以根据需要进行调节。当旋入压力调整螺钉时，减压器出口压力增高，反之亦然。低压减压器是一个二级减压器（见图13-13），其一级减压机构由一级弹簧1、一级膜片2、一级杠杆3和一级阀门4等组成；二级减压机构由二级弹簧6、二级膜片7、二级杠杆11和二级阀门12等组成。

图13-13 低压减压器示意图

1—一级弹簧 2—一级膜片 3—一级杠杆 4—一级阀门 5—滑套 6—二级弹簧 7—二级膜片 8—膜片 9—弹簧 10—减压器壳体 11—二级杠杆 12—二级阀门

此外，还有一个膜片与减压器壳体之间形成空腔B，B腔有孔通到混合器的喉管，因此B腔中的压力等于喉管真空度。膜片与二级膜片中间的空腔D与二级减压腔E相通。当发动机工作时，CNG经一级阀门首先进入一级减压腔C，进行一级减压。若压力超过设定值，则一级膜片克服一级弹簧的压力向上弯曲，带动一级杠杆将一级阀门关闭，中止CNG流入C腔。随着CNG经二级阀门不断流入二级减压腔E，C腔内的压力逐渐下降，若压力低于设定值，则一级弹簧推压一级膜片向下弯曲，并带动一级杠杆将一级阀门开启，使CNG充入C腔。CNG进入E腔后，进行二级减压，压力降至0.1～0.15MPa，然后经减压器出口被吸入混合器。E腔内天然气的压力由二级减压机构控制，其动作与一级减压的情况类似。在发动机低速工作时，由于混合器喉管真空度减小，B腔内的压力增大，膜片被弹簧压在二级膜片的托架上，使二级膜片向下弯曲并带动二级杠杆将二级阀门关闭，停止向混合器供给天然气。这时，柴油机由燃用双燃料转换为全部燃用燃油的工作状态。当转速升高时，混合器喉管真空度增大，膜片被吸向上弯曲，解除对二级膜片的限制，二级减压机构恢复正常的减压供气，如图13-14所示。

图13-14 混合器结构示意图

二级弹簧座滑套可在减压器壳体中上、下调节位置以改变二级弹簧的预紧力，从而可以在一定范围内改变二级减压后的天然气压力。滑套上的孔与混合器喉管前的孔相通，其作用是减缓由于空气滤清器阻力增大而引起的空燃比变化。

实践证明，柴油/CNG双燃料发动机与柴油机相比有许多优点：排气烟色减轻，微粒排放量减少，噪声降低，润滑油使用期可延长一倍以上，活塞磨损小，在低转速时也可获得较大的转矩等。